CC BY
5
17. Кривенко Е.Н. Оценка надежности агрегатов трансмиссии автомобиля с применением методов диагностики // Надежность и диагностика агрегатов и систем автомобилей: сб. М.: МАДИ, 1969. -II ч. - С.50-58
18. Закон Украины «Об автомобильном транспорте» от 05.04.2001 г. №2344-III.
19. Закон Украши "Про тдприемництво" // Вщомосп Верховно! Ради Украши. -1991.-№14. Ст.168.
20. Забродский В.М., Топилин Г.Е., Стопалов С.Г. Повышение безотказной работы тракторов. - К.: Урожай, 1985. - 272 с.
21. Кузнецов Е.С. Управление технической эксплуатацией автомобилей. - М.: Транспорт, 1990. - 272с.
УДК 625.7:622
Шилт 1.В., к.т.н., доц. (АД1 ДВНЗ «ДНТУ») ГрицукЮ.В., к.т.н., доц. (ДонНАБА) Грицук 1.В., к.т.н., доц. (Дон1ЗТ) Паламарчук С.О., студент (АД1 ДВНЗ «ДНТУ»)
ЗАСТОСУВАННЯ ОБЧИСЛЮВАЛЬНОГО КОМПЛЕКСУ SCAD ДЛЯ ПРОЕКТУВАННЯ АВТОМОБ1ЛЬНИХ ДОР1Г
Актуальтсть. 1снуюча методика проектування автомобшьних дор1г в цшому, i дорожнього одягу зокрема, базуеться на прикладанш статичного навантаження (зосередженого або розповсюдженого) до шженерно! конструкци та визначення ii мщность Емшричш залежностi, якi застосовуються при розрахунках враховують умови, що приймаються фахiвцем на стади проектування. Це обумовлюе значну ймовiрнiсть похибки при проектних ршеннях в прямо! залежност вiд квалiфiкацii фахiвця. Також слщ зважити на те, що отримати внутршш напруги у земляному полотш або дорожньому одязi практично не можливо, а це б дало можливють вирiшувати питання довговiчностi конструкци та ii експлуатацшно! надiйностi.
1сторично та економiчно склалося так, що мережа автомобшьних дор^ на територп Укра!ни була створена за чаЫв Радянського союзу i в тепершнш час розширення ii практично не вщбуваеться. Таким чином важливою задачею е визначення фактично!' несучо!' здатност усiх елементiв дорожньо!' конструкцii та шженерних споруд, якi розташованi на
автомобшьнш дорозi. 1снуючими розрахунковими методами цю задачу вирiшити досить важко.
Анал1з icнуючих публЫацш. Ан^з публшацш за темою дослiдження у сумiжних галузях будiвництва виявив [1, 2], що при ycix розрахунках на мщшсть та надiйнiсть рiзноманiтних шженерних споруд вже практично не використовуються статичнi емпiричнi залежностi. Наявнiсть потужно! обчислювано! технiки дозволяе застосовувати бшьш складнi математичнi методи у просторовому виглядi та у динамiчному процеЫ. Одним з таких методiв, що отримав найбiльше розповсюдження е метод кшцевих елементiв (МКЕ).
МКЕ покладено в основу математичного апарату обчислювального комплексу SCAD [3]. Даний обчислюваний комплекс мае нормативне обгрунтування i використовуеться для проектування багатьох складних iнженерних споруд, таких як мостовi будiвлi, електростанцп, спортивнi будiвлi, метрополитен, повiтрянi та морськi судна тощо. Це дозволяе зробити припущення, що за умови пристосування до особливостей експлуатаци автомобiльних дор^ е можливiсть виконувати розрахунки дорожньо! конструкци за допомогою обчислювального комплексу SCAD.
Основний матерiал. До цього часу в дорожнш галузi не юнуе едино! методики, яка б дозволяла розраховувати дорожню конструкцiю в единому цшому, тобто до розрахунку дорожнього одягу залучити данi про земляне полотно та основу насипу. Також не створено аналгтично-розрахункових апара^в, що дозволяють виконувати розрахунки напружено-деформованого стану шарiв дорожнього одягу, використовуючи !х деформацiйнi характеристики. Бiльш того, дiючi методики розрахунку конструкци дорожнього одягу не враховують особливост мiсцевих умов: слабкi основи, змшу рiвня пiдземних вод, техногенне зрушення проектно! лши тощо.
З метою спроби виршення цих питань була розроблена блок-схема проектування дорожнього одягу з використанням МКЕ та блок-схема застосування обчислювального комплексу SCAD для розрахунку дорожнього одягу нежорсткого типу iз використанням вбудованого модулю розрахунку багатошарових конструкцш. На жаль вбудований модуль розрахунку багатошарових конструкцш не досконалий i мае багато обмежень. Крiм того архiвний пошук не дав позитивних результат щодо нормативно обгрунтованих розрахункiв дорожнього одягу (розрахункових схем, проектних розрахунюв, технiчних експертиз тощо).
Для ре^заци вищевказаних блок-схем було створено розрахункову схему дорожнього одягу на пружнш основi з двома коефщентами постелi.
У зв'язку iз труднощами отримання достовiрних результатiв було використано в якост вихiдних даних приклад використання МКЕ для багатошарово! конструкци [3-4]. Тобто прийнято чотирьохшаровий дорожнiй одяг (рисунок 1). В якост грунту основи було прийнято суглинок.
I - щльний асфальтобетон
II - пористий асфальтобетон
III - чорний щбнь
IV- цементобетон
Рисунок 1 - Конструкщя розрахункового дорожнього одягу (розмiри в см)
Для виконання розрахунюв прийнято нормативне навантаження яке дорiвнюе 0,6 МПа, що було рiвномiрно розподшене по колу дiаметром 35 см. Плита дорожнього одягу прийнята шириною 7 м та довжиною 28 м, яка апроксимуеться квадратними кшцевих елеменлв (КЕ) 35*35см, що забезпечуе достатню точнiсть результатiв розрахунку (рисунок 2).
Рисунок 2 - Розрахункова схема плити дорожнього одягу
В результат розрахунку за даною схемою було отримано напружено-деформований стан (НДС), тобто деформовану схему дорожнього одягу, поля прогишв покриття, а також поля напружень в кожному шарi дорожнього одягу.
З результата, наведених на рисунку 3, можна побачити концентращю прогишв плити безпосередньо шд розподшеним навантаженням. По краях спостершаеться незначне пiднiмання плити (додатнi перемщення 7).
А
/
/ Ж ж 19Нк. |
|>1И
шат
Ж* '*!■■' ,г РГ
^ —т
* /
\ П
Рисунок 3 - 1зополя перемiщень фрагменту плити (бiлi кружечками - мшмальш значення прогинiв (-0,33мм), трикутники -
максимальнi прогини (0,02мм))
Також е можливють за отриманими результатами розрахунку побудувати епюри внутршшх зусиль у кожному окремому конструкцшному шарi багатошарово! конструкци за любим направленням перетину. Слщ вiдзначити, що обчислюваний комплекс дозволяе представляти результати розрахунку як в графiчному виглядi (для спрощення вiзуального сприйняття) та у дискретному виглядi (цифровi значення результата розрахунку у вузлах КЕ).
На рисунку 4 наведено фрагмент плити iз значеннями перемщень у вузлах КЕ.
Числовi значення компонента напружено-деформованого стану дозволяють виявити найбшьш небезпечш мiсця напружень i прогишв, порiвняти !х з допустимими для даного виду матерiалу, а також встановити ращональне сполучення конструктивних та фiзико-механiчних параметрiв, що дозволяють прийняти найбшьш оптимiзованi варiанти дорожньо! конструкци в рiзних умовах (за прийнятими критерiями оптимальностi).
Рисунок 4 - Гзолши перемiщень в област прикладання навантаження
За результатами розрахунюв можна отримати аксонометричну картину деформованого фрагменту дорожньо! плити (рисунок 5)
Анашз напружено-деформованого стану шарiв дорожнього одягу показуе, що грунтова основа стискаеться пiд навантаженням. Внаслщок цього вiдбуваеться прогин дорожнього одягу по деякш криволiнiйнiй поверхнi з утворенням чашi прогину глибиною 0,33 мм.
Пщ навантаженням вiдбуваеться стиснення шарiв покриття дорожнього одягу, а в нижнш частинi шару з^нуто! основи - розтяг. По результатам побудови епюр максимальне стискаюче напруження (ЫУ = -119,6 кПа) у верхньому шарi покриття виникае безпосередньо шд навантаженням, а розтягуюче (ЫУ = 12,4 кПа) - на деякш вщсташ вiд точки прикладання навантаження. В нижнш площиш цементобетонно! основи виникае велике напруження розтягу (ЫУ = 1105,3 кПа). При перевищеннi значення напруження розтягу межi мiцностi матерiалу в покритл або основi утворюються трiщини. По периметру дшянки контакту навантаження з покриттям дiе дотичне напруження, яке може викликати пролом дорожнього одягу.
Рисунок 5 - Картина деформаци багатошарово! плити за прийнятими
умовами
Висновок. Практичною щнтстю отриманих результатiв на даному еташ е можливiсть використання розробленого алгоритму при експертизi побудованих або вщремонтованих дорожнiх покриттiв на техногенно-деформованих територiях, а також перевiрка несучо! здатностi в регiональних умовах.
В подальшому слiд придiлити увагу картотещ будiвельних матерiалiв з рiзними варiантами !х структурного та конструктивного використання, формуванню банку розрахункових схем та способiв навантаження, що передбачае можливють використання МКЕ при проектуванш автомобiльних дорiг в будь-яких умовах.
Список лтератури
1. Долгополова Н.В. Состояние вопроса о методах и критериях расчета дорожных одежд [Електронний ресурс] / Н.В. Долгополова, С.В. Долгополов, В.А. Голендер // Коммунальное хозяйство городов. - 2007. - №79. - С. 351-355. - Режим доступу до журн.: http://eprints.ksame.kharkov.ua/3192.
2. Казарновский В.Д. Современные принципы проектирования нежестких дорожных одежд [Електронний ресурс] / В.Д.Казарновский // Автоматизированные технологии изысканий и проектирования: научно-технический журнал. - 2003. - №8. -С. 57. - Режим доступу до журн.: http://www.credo-dialogue.com/journal
3. Городецкий А.С. Метод конечных элементов: теория и численная реализация. Программный комплекс «ЛИРА-Windows» / А.С. Городецкий, И.Д. Евзеров. - К.: ФАКТ, 1997. - 138 с
4. Константинов И.А. Теория упругости. Расчет плоских элементов сооружений с использованием программы SCAD: учеб. пособие / И.А. Константинов, В.В. Лалин, И.И. Лалина. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2007. - 87 с
